南京大学余林蔚课题组AELM：基于正交堆叠高导电硅化物纳米线网格的柔性透明薄膜的集成制备

柔性透明导电薄膜（FTC-TF）是构建高性能柔性电子产品和显示器件不可或缺的元件。虽然具有固有柔性的导电有机材料已被广泛用于制备柔性电极，但其通常存在导电率相对较低以及在长时间暴露于空气中时快速老化的问题。近年来，超细的一维无机纳米结构，如石墨烯、碳纳米管（CNT）、金属纳米线（NWs）/膜，因具有优异的导电性、稳定性以及可承受大的弯曲或拉伸应变的特性，被认为是编织准连续FTC网格的理想材料。然而，由于通过旋涂或堆叠方法制备的导电薄膜通常为随机分布的松散交叉结构，需要进行多层堆叠（N_st≥5）以获得准连续的交联、高导电性的连通网格，不仅降低了透光度，而且仍将存在较大的接触电阻以及弯曲时的结构/电不稳定性等问题。因此，如何将这些超薄一维导电NW在空间上精准排列以形成最佳的网格互连，仍是一个巨大的挑战。

针对此难点，南京大学余林蔚教授团队提出了一种基于可定位生长和形貌编程晶硅纳米线（nanowires, NWs）的两层正交堆叠柔性透明导电薄膜的可靠制备策略。首先，基于课题组自主创新的面内固-液-固（In-plane solid-liquid-solid, IPSLS）纳米线生长模式[1-6]，引导生长具有直线/弹簧状形状的超长、精细（直径~120 nm）晶硅纳米线阵列；之后，将SiNW阵列可靠地转移并交叉堆叠在柔性聚酰亚胺（PI）膜上，以编织具有可设计能力的正交堆叠布局的准连续网格。最后，为了提高网格的导电性，在PI衬底上的SiNWs上溅射金属Ni薄膜并在350℃下退火，将其转变为高导电性的SiNi合金NWs。获得的NW网格在交叉点处可实现直接导电连接，而不用使用任何其他金属电极辅助连接。研究还表明，通过硅化物NW形貌的弹性设计，SiNi FTC网格的柔性可以大大增强，并获得~90 %的透射率、130 Ω·sq⁻¹的等效薄层电阻以及可在2 mm曲率半径下循环重复弯曲>1000次的稳定电学特性。

这些结果突出了合金NW的最佳堆叠方式、精确组装/焊接和弹性形貌设计的独特能力，有望为未来的先进柔性电子、显示器和生物接口传感器的集成制备提供新一代高性能FTC薄膜材料。

【图文导读】

图1两层堆叠的有序NW网格是获得兼具高导电性和透明度的FTC-TF的理想结构。

图2 正交堆叠高导电硅化物纳米线网格的制备流程

图3 SiNi FTC薄膜的电学连续性、导电性及透明度测试

图4 柔性PI衬底上SiNi FTC薄膜的弯曲性能测试

图5 有限元模拟分析弹簧状SiNi FTC薄膜的拉伸应力分布

此工作以“Orthogonal-stacking integration of highly conductive silicide nanowire network as flexible and transparent thin films”为题发表于《Advanced Electronic Materials》。其中，南京大学电子科学与工程学院博士生袁荣荣同学为论文第一作者，余林蔚教授和刘宗光副研究员（2023年7月入职扬州大学特聘教授）为论文通讯作者。此工作的开展得到了南京大学陈坤基教授、徐骏教授、施毅教授和王军转教授的支持和指导，以及国家自然科学基金重大研究计划重点项目、面上和青年项目的资助。

论文信息：Orthogonal-stacking integration of highly conductive silicide nanowire network as flexible and transparent thin films. Rongrong Yuan, Wentao Qian, Ying Zhang, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Jun Xu, Kunji Chen and Linwei Yu*. https://doi.org/10.1002/aelm.202201185（Open Access）

相关前期工作:

1.High-fidelity moulding growth and cross-section shaping of ultrathin monocrystalline silicon nanowires. Yifei Liang, Wentao Qian, Ruijin Hu, Xin Gan, Shuqi Shi, Yating Li, Junzhuan Wang*, Zongguang Liu, Daowei He, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*, Applied Surface Science. 2023, 635: 157635.

2.Converging-guiding-track design enables 100% growth deployment rate of ultrathin monocrystalline silicon nanowire channels. Wentao Qian, Yifei Liang, Junzhuan Wang, Zongguang Liu, Jun Xu, Linwei Yu*. Applied Physics Letter. 2023, 122, 173101.

3.Highly stretchable high-performance silicon nanowire field effect transistors integrated on elastomer substrates. Xiaopan Song, Ting Zhang, Lei Wu, Ruijin Hu, Wentao Qian, Zongguang Liu,* Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, and Linwei Yu*. Advanced Science. 2022, 9: 2105623.

4.Designable Integration of Silicide Nanowire Springs as Ultra-Compact and Stretchable Electronic Interconnections. Rongrong Yuan, Wentao Qian, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*. Small, 2021, 2104690.

5.Ab initio design, shaping and assembly of free-standing silicon nanoprobes. Zongguang Liu, Jiang Yan, Haiguang Ma, Tiancheng Hu, Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen and Linwei Yu*,Nano Letters, 2021, 21(7): 2773-2779.

6.Planar Growth, Integration, and Applications of Semiconducting Nanowires. Ying Sun, Taige Dong, Linwei Yu,* Jun Xu,* Kunji Chen, Advanced Materials,2020, 32: 1903945.

余林蔚教授课题组简介：https://ese.nju.edu.cn/yly_24153/list.htm

招聘副教授、博士后各2名：

1.硅基集成电路先进制备工艺；

2.柔性晶硅电子、传感和NEMS应用。

基本要求：

1.政治立场坚定，遵纪守法，身体健康，符合学校入职要求；

2.科研兴趣浓厚，具有创新意识，发表过高水平学术论文；

3.科学态度严谨，具有团队合作精神；

待遇：面议

联系方式：yulinwei@nju.edu.cn